绝缘体上钛宝石用于片上宽带可调谐激光器与高功率放大器
光学
2024-06-28 v1 量子物理
摘要
钛宝石（Ti:Sa）激光器对推进基础研究与技术应用至关重要。Ti:Sa 激光器在带宽与调谐范围上无可匹敌，但因其体积大、成本高且需要高光泵浦功率，其使用受到严重限制。在此，我们展示了单晶绝缘体上钛宝石（Ti:SaOI）光子学平台，其使 Ti:Sa 技术大幅微型化、降本与可扩展。首先，通过制备低损耗回音壁模式谐振器，我们实现了超低激射阈值 290 W 的 Ti:Sa 激光器。然后，通过 Ti:SaOI 波导中模场限制的数量级提升，我们实现了首个低于 1 m 工作的集成固态（即非半导体）光放大器，具有 700 - 950 nm 的超宽带宽与 64 dB/cm 的峰值增益。我们展示了皮秒脉冲无失真放大至高达 2.3 nJ 脉冲能量的前所未有的 17 dB，对应 1.0 kW 峰值功率。最后，我们展示了首个可调谐集成 Ti:Sa 激光器，具有窄线宽与 24.7 THz 调谐范围，且首次可由低成本、微型、现成绿色激光二极管泵浦。这为 Ti:Sa 激光器的新模式（现占据小于 0.15 mm 的足迹）打开了大门，例如用于多种应用的大规模可扩展 Ti:Sa 激光阵列系统。作为概念验证演示，我们采用 Ti:SaOI 激光阵列作为碳化硅中人工原子腔量子电动力学实验的唯一光学控制。该工作是通过成本与足迹降低三个数量级使 Ti:Sa 技术普及化，以及引入亚微米波长光的固态宽带放大的关键一步。
引用
@article{arxiv.2312.00256,
title = {Titanium:Sapphire-on-insulator for broadband tunable lasers and high-power amplifiers on chip},
author = {Joshua Yang and Kasper Van Gasse and Daniil M. Lukin and Melissa A. Guidry and Geun Ho Ahn and Alexander D. White and Jelena Vučković},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.00256},
year = {2024}
}